考點(diǎn)5 萬有引力與航天-五年（2020-2024年）高考物理真題專項(xiàng)分類匯編

五年（2020-2024）高考真題專項(xiàng)分類匯編PAGEPAGE16考點(diǎn)5萬有引力與航天—五年（2020—2024年）高考物理真題專項(xiàng)分類匯編一、單選題1．[2024年海南高考真題]嫦娥六號(hào)進(jìn)入環(huán)月圓軌道，周期為T，軌道高度與月球半徑之比為k，引力常量為G，則月球的平均密度為()A. B. C. D.2．[2024年甘肅高考真題]小杰想在離地表一定高度的天宮實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，通過測(cè)量以下物理量得到天宮實(shí)驗(yàn)室軌道處的重力加速度，可行的是()A.用彈簧秤測(cè)出已知質(zhì)量的砝碼所受的重力B.測(cè)量單擺擺線長度、擺球半徑以及擺動(dòng)周期C.從高處釋放一個(gè)重物、測(cè)量其下落高度和時(shí)間D.測(cè)量天宮實(shí)驗(yàn)室繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期和軌道半徑3．[2024年山東高考真題]“鵲橋二號(hào)”中繼星環(huán)繞月球運(yùn)行，其24小時(shí)橢圓軌道的半長軸為a。已知地球同步衛(wèi)星的軌道半徑為r，則月球與地球質(zhì)量之比可表示為()A. B. C. D.4．[2024年湖北高考真題]太空碎片會(huì)對(duì)航天器帶來危害。設(shè)空間站在地球附近沿逆時(shí)針方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖中實(shí)線所示。為了避開碎片，空間站在P點(diǎn)向圖中箭頭所指徑向方向極短時(shí)間噴射氣體，使空間站獲得一定的反沖速度，從而實(shí)現(xiàn)變軌。變軌后的軌道如圖中虛線所示，其半長軸大于原軌道半徑。則()A.空間站變軌前、后在P點(diǎn)的加速度相同B.空間站變軌后的運(yùn)動(dòng)周期比變軌前的小C.空間站變軌后在P點(diǎn)的速度比變軌前的小D.空間站變軌前的速度比變軌后在近地點(diǎn)的大5．[2024年浙江高考真題]與地球公轉(zhuǎn)軌道“外切”的小行星甲和“內(nèi)切”的小行星乙的公轉(zhuǎn)軌道如圖所示，假設(shè)這些小行星與地球的公轉(zhuǎn)軌道都在同一平面內(nèi)，地球的公轉(zhuǎn)半徑為R，小行星甲的遠(yuǎn)日點(diǎn)到太陽的距離為，小行星乙的近日點(diǎn)到太陽的距離為，則()A.小行星甲在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速度大于近日點(diǎn)的速度B.小行星乙在遠(yuǎn)日點(diǎn)的加速度小于地球公轉(zhuǎn)加速度C.小行星甲與乙的運(yùn)行周期之比D.甲乙兩星從遠(yuǎn)日點(diǎn)到近日點(diǎn)的時(shí)間之比=6．[2024年貴州高考真題]土星的部分衛(wèi)星繞土星的運(yùn)動(dòng)可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其中的兩顆衛(wèi)星軌道半徑分別為，且，向心加速度大小分別為，則()A. B. C. D.7．[2024年安徽高考真題]2024年3月20日，我國探月工程四期鵲橋二號(hào)中繼星成功發(fā)射升空。當(dāng)?shù)诌_(dá)距離月球表面某高度時(shí)，鵲橋二號(hào)開始進(jìn)行近月制動(dòng)，并順利進(jìn)入捕獲軌道運(yùn)行，如圖所示，軌道的半長軸約為51900km。后經(jīng)多次軌道調(diào)整，進(jìn)入凍結(jié)軌道運(yùn)行，軌道的半長軸約為9900km，周期約為24h。則鵲橋二號(hào)在捕獲軌道運(yùn)行時(shí)()A.周期約為144hB.近月點(diǎn)的速度大于遠(yuǎn)月點(diǎn)的速度C.近月點(diǎn)的速度小于在凍結(jié)軌道運(yùn)行時(shí)近月點(diǎn)的速度D.近月點(diǎn)的加速度大于在凍結(jié)軌道運(yùn)行時(shí)近月點(diǎn)的加速度8．[2024年廣西高考真題]潮汐現(xiàn)象出現(xiàn)的原因之一是在地球的不同位置海水受到月球的引力不相同。圖中a、b和c處單位質(zhì)量的海水受月球引力大小在()A.a處最大 B.b處最大C.c處最大 D.a、c處相等，b處最小9．[2024年江西高考真題]“嫦娥六號(hào)”探測(cè)器于2024年5月8日進(jìn)入環(huán)月軌道，后續(xù)經(jīng)調(diào)整環(huán)月軌道高度和傾角，實(shí)施月球背面軟著陸。當(dāng)探測(cè)器的軌道半徑從調(diào)整到時(shí)（兩軌道均可視為圓形軌道），其動(dòng)能和周期從、，分別變?yōu)?、。下列選項(xiàng)正確的是()A. B.C. D.10．[2023年浙江高考真題]太陽系各行星幾乎在同一平面內(nèi)沿同一方向繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)厍蚯『眠\(yùn)行到某地外行星和太陽之間，且三者幾乎排成一條直線的現(xiàn)象，稱為“行星沖日”。已知地球及各地外行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道半徑如下表：行星名稱地球火星木星土星天王星海王星軌道半徑R/AU1.01.55.29.51930則相鄰兩次“沖日”時(shí)間間隔約為()A.火星365天 B.火星800天 C.天王星365天 D.天王星800天11．[2023年北京高考真題]2022年10月9日，我國綜合性太陽探測(cè)衛(wèi)星“夸父一號(hào)”成功發(fā)射，實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽探測(cè)的跨越式突破?！翱涓敢惶?hào)”衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，距地面高度約為720km，運(yùn)行一圈所用時(shí)間約為100分鐘。如圖所示，為了隨時(shí)跟蹤和觀測(cè)太陽的活動(dòng)，“夸父一號(hào)”在隨地球繞太陽公轉(zhuǎn)的過程中，需要其軌道平面始終與太陽保持固定的取向，使太陽光能照射到“夸父一號(hào)”。下列說法正確的是()A.“夸父一號(hào)”的運(yùn)行軌道平面平均每天轉(zhuǎn)動(dòng)的角度約為1°B.“夸父一號(hào)”繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的速度大于7.9km/sC.“夸父一號(hào)”繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度大于地球表面的重力加速度D.由題干信息，根據(jù)開普勒第三定律，可求出日地間平均距離12．[2022年天津高考真題]2022年3月，中國空間站“天宮課堂”再次開講，授課期間利用了我國的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)傳輸，天地通信始終高效穩(wěn)定。已知空間站在距離地面400km左右的軌道上運(yùn)行，其運(yùn)動(dòng)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，中繼衛(wèi)星系統(tǒng)中某衛(wèi)星是距離地面36000km左右的地球靜止軌道衛(wèi)星（同步衛(wèi)星），則該衛(wèi)星()A.授課期間經(jīng)過天津正上空 B.加速度大于空間站的加速度C.運(yùn)行周期大于空間站的運(yùn)行周期 D.運(yùn)行速度大于地球的第一宇宙速度二、計(jì)算題13．[2024年北京高考真題]科學(xué)家根據(jù)天文觀測(cè)提出宇宙膨脹模型：在宇宙大尺度上，所有的宇宙物質(zhì)（星體等）在做彼此遠(yuǎn)離運(yùn)動(dòng)，且質(zhì)量始終均勻分布，在宇宙中所有位置觀測(cè)的結(jié)果都一樣。以某一點(diǎn)O為觀測(cè)點(diǎn)，以質(zhì)量為m的小星體（記為P）為觀測(cè)對(duì)象。當(dāng)前P到O點(diǎn)的距離為，宇宙的密度為。（1）求小星體P遠(yuǎn)離到處時(shí)宇宙的密度ρ；（2）以O(shè)點(diǎn)為球心，以小星體P到O點(diǎn)的距離為半徑建立球面。P受到的萬有引力相當(dāng)于球內(nèi)質(zhì)量集中于O點(diǎn)對(duì)P的引力。已知質(zhì)量為和、距離為R的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的引力勢(shì)能，G為引力常量。僅考慮萬有引力和P遠(yuǎn)離O點(diǎn)的徑向運(yùn)動(dòng)。a.求小星體P從處遠(yuǎn)離到處的過程中動(dòng)能的變化量；b.宇宙中各星體遠(yuǎn)離觀測(cè)點(diǎn)的速率v滿足哈勃定律，其中r為星體到觀測(cè)點(diǎn)的距離，H為哈勃系數(shù)。H與時(shí)間t有關(guān)但與r無關(guān)，分析說明H隨t增大還是減小。三、多選題14．[2024年湖南高考真題]2024年5月3日，“嫦娥六號(hào)”探測(cè)器順利進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，正式開啟月球之旅。相較于“嫦娥四號(hào)”和“嫦娥五號(hào)”，本次的主要任務(wù)是登陸月球背面進(jìn)行月壤采集，并通過升空器將月壤轉(zhuǎn)移至繞月運(yùn)行的返回艙，返回艙再通過返回軌道返回地球。設(shè)返回艙繞月運(yùn)行的軌道為圓軌道，半徑近似為月球半徑。已知月球表面重力加速度約為地球表面的，月球半徑約為地球半徑的。關(guān)于返回艙在該繞月軌道上的運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是()A.其相對(duì)于月球的速度大于地球第一宇宙速度B.其相對(duì)于月球的速度小于地球第一宇宙速度C.其繞月飛行周期約為地球上近地圓軌道衛(wèi)星周期的倍D.其繞月飛行周期約為地球上近地圓軌道衛(wèi)星周期的倍15．[2024年河北高考真題]2024年3月20日，鵲橋二號(hào)中繼星成功發(fā)射升空，為嫦娥六號(hào)在月球背面的探月任務(wù)提供地月間中繼通信。鵲橋二號(hào)采用周期為24h的環(huán)月橢圓凍結(jié)軌道（如圖），近月點(diǎn)A距月心約為，遠(yuǎn)月點(diǎn)B距月心約為，CD為橢圓軌道的短軸，下列說法正確的是()A.鵲橋二號(hào)從C經(jīng)B到D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為12hB.鵲橋二號(hào)在兩點(diǎn)的加速度大小之比約為81:1C.鵲橋二號(hào)在兩點(diǎn)的速度方向垂直于其與月心的連線D.鵲橋二號(hào)在地球表面附近的發(fā)射速度大于7.9km/s且小于11.2km/s16．[2023年重慶高考真題]某衛(wèi)星繞地心的運(yùn)動(dòng)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其周期為地球自轉(zhuǎn)周期T的，運(yùn)行的軌道與地球赤道不共面，如圖所示。時(shí)刻，衛(wèi)星恰好經(jīng)過地球赤道上P點(diǎn)正上方。地球的質(zhì)量為M，半徑為R，引力常量為G。則()A.衛(wèi)星距地面的高度為B.衛(wèi)星與位于P點(diǎn)處物體的向心加速度大小比值為C.從時(shí)刻到下一次衛(wèi)星經(jīng)過P點(diǎn)正上方時(shí)，衛(wèi)星繞地心轉(zhuǎn)過的角度為D.每次經(jīng)最短時(shí)間實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星距P點(diǎn)最近到最遠(yuǎn)的行程，衛(wèi)星繞地心轉(zhuǎn)過的角度比地球的多17．[2022年遼寧高考真題]如圖所示，行星繞太陽的公轉(zhuǎn)可以看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在地面上容易測(cè)得地球-水星連線與地球-太陽連線夾角α，地球-金星連線與地球-太陽連線夾角β。兩角最大值分別為，則()A.水星的公轉(zhuǎn)周期比金星的大B.水星的公轉(zhuǎn)向心加速度比金星的大C.水星與金星的公轉(zhuǎn)軌道半徑之比為D.水星與金星的公轉(zhuǎn)線速度之比為18．[2023年海南高考真題]如圖所示，1、2軌道分別是天宮二號(hào)飛船在變軌前、后的軌道，下列說法正確的是()A.飛船從1軌道變到2軌道要點(diǎn)火加速 B.飛船在1軌道周期大于2軌道的C.飛船在1軌道速度大于2軌道的 D.飛船在1軌道加速度大于2軌道的19．[2021年福建高考真題]兩位科學(xué)家因?yàn)樵阢y河系中心發(fā)現(xiàn)了一個(gè)超大質(zhì)量的致密天體而獲得了2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他們對(duì)一顆靠近銀河系中心的恒星的位置變化進(jìn)行了持續(xù)觀測(cè)，記錄到的的橢圓軌道如圖所示。圖中O為橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)，橢圓偏心率（離心率）約為0.87。P、Q分別為軌道的遠(yuǎn)銀心點(diǎn)和近銀心點(diǎn)，Q與O的距離約為（太陽到地球的距離為），的運(yùn)行周期約為16年。假設(shè)的運(yùn)動(dòng)軌跡主要受銀河系中心致密天體的萬有引力影響，根據(jù)上述數(shù)據(jù)及日常的天文知識(shí)，可以推出()A.與銀河系中心致密天體的質(zhì)量之比 B.銀河系中心致密天體與太陽的質(zhì)量之比C.在P點(diǎn)與Q點(diǎn)的速度大小之比 D.在P點(diǎn)與Q點(diǎn)的加速度大小之比

——★參考答案★——1．答案：D解析：設(shè)月球半徑為R，質(zhì)量為M，對(duì)嫦娥六號(hào)，根據(jù)萬有引力提供向心力月球的體積月球的平均密度聯(lián)立可得故選D。2．答案：D解析：在天宮實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，物體處于完全失重狀態(tài)，重力提供了物體繞地球勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，故ABC中的實(shí)驗(yàn)均無法得到天宮實(shí)驗(yàn)室軌道處的重力加速度。由重力提供繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力得整理得軌道重力加速度為故通過測(cè)量天宮實(shí)驗(yàn)室繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期和軌道半徑可行，D正確。故選D。3．答案：D解析：“鵲橋二號(hào)”中繼星在24小時(shí)橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)，根據(jù)開普勒第三定律有，對(duì)地球的同步衛(wèi)星由開普勒第三定律有，則有，D正確。4．答案：A解析：變軌前、后，根據(jù)可知，空間站在P點(diǎn)的加速度相同A正確由于變軌后的軌道半長軸大于變軌前的軌道半徑，則根據(jù)開普勒第三定律可知，空間站變軌后的運(yùn)動(dòng)周期比變軌前的大B錯(cuò)誤變軌時(shí)，空間站噴氣加速，因此變軌后其在P點(diǎn)的速度比變軌前的大C錯(cuò)誤變軌后，空間站在近地點(diǎn)的速度最大，大于變軌后在P點(diǎn)的速度，結(jié)合C項(xiàng)分析可知，變軌后空間站在近地點(diǎn)的速度大于變軌前的速度D錯(cuò)誤5．答案：D解析：A.根據(jù)開普勒第二定律，小行星甲在遠(yuǎn)日點(diǎn)的速度小于近日點(diǎn)的速度，故A錯(cuò)誤；B.根據(jù)小行星乙在遠(yuǎn)日點(diǎn)的加速度等于地球公轉(zhuǎn)加速度，故B錯(cuò)誤；C.根據(jù)開普勒第三定律，小行星甲與乙的運(yùn)行周期之比故C錯(cuò)誤；D.甲乙兩星從遠(yuǎn)日點(diǎn)到近日點(diǎn)的時(shí)間之比即為周期之比故D正確。故選D。6．答案：D解析：設(shè)土星的質(zhì)量為M，兩顆衛(wèi)星的質(zhì)量分別為，對(duì)兩顆衛(wèi)星，根據(jù)牛頓第二定律，，整理可得，故選D。7．答案：B解析：A.凍結(jié)軌道和捕獲軌道的中心天體是月球，根據(jù)開普勒第三定律得整理得A錯(cuò)誤；B.根據(jù)開普勒第二定律得，近月點(diǎn)的速度大于遠(yuǎn)月點(diǎn)的速度，B正確；C.近月點(diǎn)從捕獲軌道到凍結(jié)軌道鵲橋二號(hào)進(jìn)行近月制動(dòng)，捕獲軌道近月點(diǎn)的速度大于在凍結(jié)軌道運(yùn)行時(shí)近月點(diǎn)的速度，C錯(cuò)誤；D.兩軌道的近月點(diǎn)所受的萬有引力相同，根據(jù)牛頓第二定律可知，近月點(diǎn)的加速度等于在凍結(jié)軌道運(yùn)行時(shí)近月點(diǎn)的加速度，D錯(cuò)誤。故選B。8．答案：A解析：根據(jù)萬有引力公式可知圖中a處單位質(zhì)量的海水受到月球的引力最大；故選A。9．答案：A解析：10．答案：B解析：11．答案：A解析：“夸父一號(hào)”的運(yùn)行軌道平面始終與太陽保持固定的取向，由幾何關(guān)系可知，其轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與地球繞太陽公轉(zhuǎn)的角度一致，地球繞太陽一周轉(zhuǎn)動(dòng)360°，運(yùn)行周期約為365天，則“夸父一號(hào)”的運(yùn)行軌道平面平均每天轉(zhuǎn)動(dòng)角度約為1°，A對(duì)；“夸父一號(hào)”繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，萬有引力提供向心力，即，可知，地球的第一宇宙速度為衛(wèi)星軌道半徑等于地球半徑R時(shí)的速度，而“夸父一號(hào)”的運(yùn)行軌道半徑大于R，則其運(yùn)行速度小于7.9km/s，B錯(cuò)；地球表面的重力加速度滿足，解得，“夸父一號(hào)”繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度滿足，解得，又“夸父一號(hào)”的運(yùn)行軌道半徑大于R，則其向心加速度小于地球表面的重力加速度，C錯(cuò)；“夸父一號(hào)”繞行的中心天體為地球，地球繞行的中心天體為太陽，中心天體不同，開普勒第三定律不適用，D錯(cuò)。12．答案：C解析：同步衛(wèi)星始終在赤道正上方，所以不會(huì)經(jīng)過天津正上空，A錯(cuò)誤；由得，由于該衛(wèi)星的軌道半徑大于空間站的軌道半徑，所以該衛(wèi)星的運(yùn)行周期大于空間站的運(yùn)行周期，該衛(wèi)星的加速度小于空間站的加速度，C正確，B錯(cuò)誤；第一宇宙速度為衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最大環(huán)繞速度，所以該衛(wèi)星的運(yùn)行速度不會(huì)大于第一宇宙速度，D錯(cuò)誤。13．答案：（1）；（2）a.；b.H隨t增大而減小解析：（1）在宇宙中所有位置觀測(cè)的結(jié)果都一樣，則小星體P運(yùn)動(dòng)前后距離O點(diǎn)半徑為和的球內(nèi)質(zhì)量相同，即解得小星體P遠(yuǎn)離到處時(shí)宇宙的密度（2）a.此球內(nèi)的質(zhì)量P從處遠(yuǎn)離到處，由能量守恒定律得，動(dòng)能的變化量b.由a知星體的速度隨增大而減小，星體到觀測(cè)點(diǎn)距離越大，運(yùn)動(dòng)時(shí)間t越長，由知，H減小，故H隨t增大而減小。14．答案：BD解析：地球上的第一宇宙速度等于衛(wèi)星在近地軌道的環(huán)繞速度，根據(jù)萬有引力定律知，結(jié)合得第一宇宙速度，又，可知返回艙相對(duì)月球的速度小于地球上的第一宇宙速度，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)萬有引力定律知，在近地（月）軌道上有，又，得，可得，可知選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。15．答案：BD解析：鵲橋二號(hào)從C經(jīng)B到D過程與月心連線掃過的面積大于鵲橋二號(hào)從D經(jīng)A到C過程與月心連線掃過的面積，由開普勒第二定律可知，鵲橋二號(hào)從C經(jīng)B到D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間大于鵲橋二號(hào)從D經(jīng)A到C的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，又，故，A錯(cuò)誤；鵲橋二號(hào)運(yùn)動(dòng)過程中，由牛頓第二定律有，則鵲橋二號(hào)在兩點(diǎn)的加速度大小之比，B正確；由速度方向?yàn)檐壽E切線方向結(jié)合幾何關(guān)系可知，鵲橋二號(hào)在兩點(diǎn)的速度方向不垂直于其與月心的連線，C錯(cuò)誤；由于鵲橋二號(hào)的軌道為橢圓形，則鵲橋二號(hào)在地球表面附近的發(fā)射速度大于第一宇宙速度（7.9km/s），又其沒有完全脫離地球的束縛，所以其發(fā)射速度大于第一宇宙速度（7.9km/s）且小于第二宇宙速度（11.2km/s），D正確。16．答案：BCD解析：對(duì)衛(wèi)星由萬有引力提供向心力有，解得，A錯(cuò)誤；對(duì)衛(wèi)星有，對(duì)地球赤道上P點(diǎn)處的物體有，聯(lián)立解得，B正確；設(shè)從時(shí)刻到衛(wèi)星經(jīng)過P點(diǎn)正上方的時(shí)間為t，假設(shè)下一次衛(wèi)星經(jīng)過P點(diǎn)正上方時(shí)是在地球的另一側(cè)關(guān)于球心對(duì)稱的位置，則衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的圈數(shù)和地球運(yùn)動(dòng)的圈數(shù)均為整數(shù)圈加半圈，又地球運(yùn)動(dòng)的半周期為，則有均為正整數(shù)，聯(lián)立得，顯然假設(shè)不成立，故下一次衛(wèi)星經(jīng)過P點(diǎn)正上方時(shí)還是在時(shí)刻的位置，則衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的圈數(shù)和地球運(yùn)動(dòng)的圈數(shù)均為整數(shù)圈，又地球運(yùn)動(dòng)的周期為T，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的周期為，則有均為正整數(shù)，聯(lián)立得，得最小的滿足條件的，即從時(shí)刻到下一次衛(wèi)星經(jīng)過P點(diǎn)正上方的過程，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)了10圈，所以衛(wèi)星繞地心轉(zhuǎn)過的角度為，C正確；設(shè)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星距P點(diǎn)最近到